2 Теоретичні засади вимірювання витрати та кількості природного газу

2.1 Властивості природного газу

Природний газ  це газова суміш, компонентами якої є переважно граничні вуглеводні (С_nН_2n+2), азот, двооксид вуглецю та сірководень.

Природний газ, який транспортується газопроводами, може відрізнятись за своїм складом залежно від походження:

        природний газ, який видобувають із надр, окрім вуглеводнів містить водяну пару, воду в рідинному стані, двооксид вуглецю, сірководень, азот, гелій тощо. Наявність сірководня, води та великої кількості двооксиду вуглецю в газі є небажаною, бо вони викликають корозію обладнання газотранспортної системи. Тому природний газ перед транспортуванням піддають осушуванню та очищенню;

        природний газ із газоконденсатних родовищ або супутній нафтовий газ перед транспортуванням, який підлягає переробленню з метою відокремлення від вищих вуглеводнів (як звичайно називають, нестабільного бензину);

         промислові гази (гази нафтопереробки)  це гази, розчинені в нафті, а також гази, створювані під час деструктивного перероблення нафти.

Компонентний склад природного газу звичайно визначають у об’ємних або молярних частках.

Для природного газу, який транспортують трубопроводами, характерним є такий компонентний склад, виражений в об’ємних частках (відповідно до ISO 12213-1:1997 та ГОСТ 30319.0-96):

        0,6,<метан<1,0

        0,00<етан<0,12

        0,00<пропан<0,06

        0,00<бутани<0,04

        0,00<пентани<0,04

        0,00<азот<0,16

        0,00<двооксид вуглецю<0,16

        0,00<сірководень<0,01

        0,000<гелій<0,002

        інших компонентів у сумі<0,002.

У неперероблених газах уміст сірководню може бути до 0,30 об’ємних часток.

За вимогами ГОСТ 5542-87, у газі, призначеному для промислового та комунально-побутового використання, наявність деяких речовин не повинна перевищувати:

        масова концентрація сірководня, г/м³  0,02;

        масова концентрація меркаптанової сірки, г/м³  0,036;

        об’ємна доля кисню, %  1,0;

        маса механічних домішок у 1 м ³, г  0,001.

Точка роси вологи повинна бути нижче температури газу.

За ГОСТ 5542-87 наявність у газі рідкої фази води та вуглеводнів не дозволяється.

Концентраційні границі спалахування природного газу (за метаном) у суміші з повітрям  від 5 % (нижча границя) до 15 % (верхня границя).

Основними фізико-хімічними параметрами природного газу є:

        густина за стандартних умов;

        критичний тиск  такий тиск, вище якого не можна випарити рідину при будь-якому підвищенні температури;

        критична температура  така температура, вище якої при будь-якому тиску не можна сконденсувати пару (перевести в рідкий стан);

        молярна маса;

        в’язкість (динамічна і кінематична);

        молярний об’єм;

        питома газова стала тощо.

Дані про фізико-хімічні параметри деяких компонентів природного газу наведено в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1

Найменування компоненту	Хімічна формула	Молярна маса Мі, кг/кмоль	Густинасі, кг/м3	Критична температура Ткі, К	Критичний тиск ркі, МПа	Темпера-тура кипіння за р=с,Ткп, К
Метан	СН4	16,034	0,6682	190,555	4,5988	111,65
Етан	С2Н6	30,070	1,2601	305,83	4,880	184,55
Пропан	С3Н8	44,097	1,8641	369,82	4,250	231,05
н-Бутан	н-С4Н10	58,123	2,4956	425,14	3,784	272,67
и-Бутан	и-С4Н10	58,123	2,488	408,13	3,648	261,42
н-Пентан	н-С5Н12	72,150	3,174	469,69	3,364	309,19
и-Пентан	и-С5Н12	72,150	3,147	460,39	3,381	301,02
н-Гексан	н-С6Н14	86,177	3,898	506,4	3,030	341,89
Ацетилен	С2Н2	26,038	1,090	308,33	6,139	189,15
Етилен	С2Н4	28,054	1,1733	282,35	5,042	169,44
Пропилен	С3Н6	42,081	1,776	364,85	4,601	225,45
Водень	Н2	2,0159	0,08375	33,2	1,297	20,35
Водяна пара	Н2О	18,0153	0,787	647,14	22,064	373,15
Сірководень	Н2S	34,082	1,4311	373,2	8,940	212,85
Метилмеркаптан	СН4S	48,109	2,045	470,0	7,230	279,10
Двооксид сірки	SО2	64,065	2,718	430,8	7,884	263,15
Гелій	Не	4,0026	0,16631	5,19	0,227	4,21
Моноксид вуглецю	CO	28,010	1,1649	132,85	3,494	81,65
Азот	N2	28,135	1,16490	126,2	3,390	77,35
Повітря		28,9626	1,20445			78,85
Кисень	О2	31,9988	1,33116	154,58	5,043	90,19
Двооксид вуглецю	СО2	44,010	1,8393	304,20	7,386	194,65

 

 

У розрахунках для визначення витрати газу використовують такі фізико-хімічні параметри газового потоку:

        абсолютний тиск р;

        абсолютна температура  Т;

        густина  за стандартних умов  с;

        коефіцієнт стисливості (зведена стисливість)  К;

        показник адіабати  .

Для обчислення теплоти згоряння газу необхідно визначити питому об’ємну теплоту згоряння (теплотворну здатність) газу: вищу  Н_с.в. та нижчу  Н_с.н..

Теплотворну здатність компонентів природного газу та продуктів його перероблення в ідеально газовому стані наведено в таблиці 2.2

Таблиця 2.2

Найменування газу	Хімічна формула	Теплота згоряння Ниі, МДж/м3
		вища	нижча
Метан	СН4	37,04	33,37
Етан	С2Н6	64,91	59,39
Пропан	С3Н8	92,29	84,94
н-Бутан	н-С4Н10	119,7	110,5
и-Бутан	и-С4Н10	119,3	110,1
н-Пентан	н-С5Н12	147,0	136,0
и-Пентан	и-С5Н12	146,8	135,7
н-Гексан	н-С6Н14	174,5	161,6
н-Гептан	н-С7Н16	201,8	187,1
н-Октан	н-С8Н18	229,2	212,7
Ацетилен	С2Н2	54,09	52,25
Етилен	С2Н4	58,68	55,01
Пропилен	С3Н6	85,58	80,07
Бензол	С6Н6	137,3	131,8
Толуол	С7Н8	164,2	156,8
Моноксид вуглецю	СО	11,76	11,76
Водень	Н2	11,89	10,05
Сірководень	Н2S	23,37	21,53
Аміак	NH3	15,93	13,17
Метилмеркаптан	СН4S	51,54	47,86